Квадратно-корневой расширенный фильтр Калмана с переключением режима измерений для задач навигации

Автор(ы): Далингер Я.М., Коргин Н.А., Макаров М.И., Морозов Ю.В., Фархадов М.П.

Название статьи: Квадратно-корневой расширенный фильтр Калмана с переключением режима измерений для задач навигации

Выпуск: 121

Рубрика: Управление подвижными объектами и навигация

Год: 2026

Библиография: Далингер Я.М., Коргин Н.А., Макаров М.И. и др. Квадратно-корневой расширенный фильтр Калмана с переключением режима измерений для задач навигации // Управление большими системами. - 2026. - Вып. 121. - С.349-385.

Дата опубликования: 31.05.2026

Ключевые слова: расширенный фильтр Калмана, квадратно-корневая реализация, QR-разложение, ИНС, ГНСС, позиционирование, кватернион, переключение режима, многолучевость

Аннотация: Рассматривается задача совместного позиционирования и оценивания ориентации подвижного объекта по данным инерциального измерительного блока (ИНС) и спутниковой навигационной системы (ГНСС). Предлагается квадратно-корневой расширенный фильтр Калмана (SR-EKF) с переключением режима обработки измерений курса. Квадратно-корневая реализация основана на QR-разложении и обеспечивает численную устойчивость и гарантированную положительную полуопределённость ковариационной матрицы. Для компенсации деградации ГНСС-сигнала в условиях многолучевости и затенения (при проездах под мостами) реализован механизм переключения: при превышении порога по метрике качества сигнала (СКО) коррекция курса отключается, а ковариация измерительного шума масштабируется. Описаны нелинейная модель движения, модель измерений по данным положения, скорости и курса от ГНСС и крена/тангажа от акселерометра, а также асинхронный многоскоростной алгоритм интеграции. Работоспособность подтверждена на реальных данных двух маршрутов с эпизодами деградации ГНСС при проездах под мостами.

Author(s): Dalinger Y., Korgin N., Makarov M., Morozov Y., Farkhadov M.

Article title: Square-root extended Kalman filter with measurement mode switching for IMU/GNSS navigation

Issue: 121

Year: 2026

Keywords: extended Kalman filter, square-root implementation, QR decomposition, IMU, GNSS, positioning, quaternion, mode switching, multipath

Abstract: The problem of joint positioning and attitude estimation of a moving object using an Inertial Measurement Unit (IMU) and Global Navigation Satellite System (GNSS) is considered. A Square-Root Extended Kalman Filter (SR-EKF) with heading measurement mode switching is proposed. The square-root implementation is based on QR decompositions, ensuring numerical stability and guaranteed positive semi-definiteness of the covariance matrix. To compensate for GNSS signal degradation under multipath and shadowing conditions (e.g., bridge crossings), a switching mechanism is implemented: when the signal quality metric exceeds a threshold, heading correction is disabled and measurement noise covariance is scaled. The nonlinear motion model, GNSS position/velocity/heading and accelerometer roll/pitch measurement models, and asynchronous multi-rate integration algorithm are described. The approach is validated on real data from two routes with GNSS degradation episodes.

в формате PDF

Просмотров: 31; загрузок: , за месяц: .

Назад